馮裕華
(晉城市城區(qū)水利局,山西 晉城 048000)
龍門(mén)水庫(kù)位于晉城市城區(qū)北石店鎮(zhèn)東上村東北方向,距市區(qū)約5km,在沁河流域的丹河一級(jí)支流北石店河上。水庫(kù)壩址以上控制流域面積0.78km2,流域長(zhǎng)度1.45km,平均流域?qū)挾?.537km,流域縱坡61.9‰,總庫(kù)容22.1萬(wàn)m3,是一座以防洪為主、兼顧灌溉的?。ǘ┬退こ獭?/p>
龍門(mén)水庫(kù)主要建筑物等級(jí)為5級(jí),樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管輸水洞等建筑物組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩,壩頂高程823.7~826.4m,最大壩高19.4m,壩長(zhǎng)83m。溢洪道位于右岸壩體之上,為寬頂堰涵洞型式,堰長(zhǎng)15m,堰頂凈寬3m,堰頂高程820.73m,涵洞頂高程822.73m。臥管輸水洞位于大壩左岸,采用漿砌石砌筑,單排單孔。
2011年,龍門(mén)水庫(kù)委托晉城市水利設(shè)計(jì)院進(jìn)行大壩安全鑒定,并經(jīng)省水利廳專(zhuān)家組審定,最終認(rèn)定龍門(mén)水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩。存在的主要問(wèn)題有:水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低,大壩壩坡較陡,壩體填筑質(zhì)量不均勻,壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;大壩滲流正常,但出溢點(diǎn)較高,大壩下游無(wú)排水設(shè)施;溢洪道位于壩體之上,且未設(shè)泄槽及消能設(shè)施,沖刷壩體,泄洪能力嚴(yán)重不足;臥管漏水嚴(yán)重且出口無(wú)任何防護(hù)措施;水庫(kù)運(yùn)行沒(méi)有按要求記錄運(yùn)行情況,大壩無(wú)監(jiān)測(cè)設(shè)施。
龍門(mén)水庫(kù)擔(dān)負(fù)著下游5個(gè)村莊,153.33hm2耕地,9050人口,6500間房屋,北石店鎮(zhèn)公路和晉城礦務(wù)局專(zhuān)用線及晉城礦務(wù)局機(jī)關(guān)、鎮(zhèn)政府等地的防洪安全和下游66.67hm2耕地的灌溉任務(wù),地理位置重要,水庫(kù)綜合效益顯著。
龍門(mén)水庫(kù)于1973年4月動(dòng)工興建,1974年10月建成。建庫(kù)時(shí)由于受歷史條件限制,資料短缺,資金不足,工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,且未采取質(zhì)量控制措施,遺留問(wèn)題多,樞紐建筑物多處存在安全隱患。為了提高大壩的安全性,對(duì)水庫(kù)陸續(xù)進(jìn)行過(guò)局部維修,但水庫(kù)遺留問(wèn)題未能徹底解決。40年來(lái)水庫(kù)一直帶病低水位運(yùn)行,沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的工程效益。
龍門(mén)水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,100年一遇洪水校核。水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容26萬(wàn)m3。因水庫(kù)屬“三邊”工程,工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差。現(xiàn)壩體損壞嚴(yán)重,溢洪道因淤積造成泄洪能力不足,臥管輸水洞坍塌,放水設(shè)施失效,沒(méi)有必要的監(jiān)測(cè)設(shè)施,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。
龍門(mén)水庫(kù)原設(shè)計(jì)灌溉面積66.67hm2。水庫(kù)建成初期,灌溉效益明顯,每年可灌溉耕地33.33hm2。后來(lái)由于庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重,灌溉效益逐年下降。為保證龍門(mén)水庫(kù)灌區(qū)的農(nóng)田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定,實(shí)施龍門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固非常必要。
根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論,大壩加固工程主要包括:大壩上游壩坡削坡加混凝土六棱塊護(hù)坡;下游壩坡利用上游壩坡削坡料進(jìn)行修整并加草皮護(hù)坡、排水棱體、增設(shè)排水渠及馬道。
4.1.1 壩頂高程確定
本次復(fù)核計(jì)算選用防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì),200年一遇洪水校核,設(shè)計(jì)洪水位情況下所需壩頂高程為822.37m,校核洪水位情況下所需壩頂高程為823.25m,水庫(kù)現(xiàn)狀壩頂高程823.7m,壩高滿足規(guī)范要求,所以不需加高大壩即可滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)。
4.1.2 壩頂改造設(shè)計(jì)
為保證壩坡抗滑穩(wěn)定,本次設(shè)計(jì)將大壩削坡,削坡后大壩壩頂寬6.0m,壩長(zhǎng)89.4m,原壩頂路面保持現(xiàn)狀。壩頂上、下游側(cè)均設(shè)路緣石,路緣石頂高程和壩頂高程一致,為M7.5漿砌塊石結(jié)構(gòu)。
4.1.3 上游壩坡改造設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)工程措施采用削坡,在削坡后形成新的1∶2.2~1∶2.58壩坡,采用反濾層加干砌六棱塊護(hù)坡,反濾層厚0.6m,六棱塊厚0.1m,并在上游壩坡坡腳設(shè)置M7.5漿砌石護(hù)腳。
4.1.4 下游壩坡改造設(shè)計(jì)
下游壩坡的棄土堆填不滿足壩體填筑要求,所以本次設(shè)計(jì)將對(duì)下游壩坡進(jìn)行清基并利用上游削料修整壩坡,下游壩坡采用草皮護(hù)坡,新壩坡為1∶2.0。在高程815.0m處設(shè)馬道,馬道寬度2.0m,馬道材料為M7.5漿砌石。側(cè)設(shè)縱向排水溝,在下游壩坡岸坡處設(shè)岸坡排水溝,下游壩坡的排水溝斷面為0.3m×0.3m矩形斷面,材料為M7.5漿砌石。在下游壩腳處設(shè)排水棱體,排水棱體采用干砌石加反濾型式,頂寬2.35m,高 3.6m,上游坡 1∶1.0,下游坡 1∶1.5,排水棱體下游側(cè)設(shè)縱向排水溝,將壩體滲水排向下游,排水溝采用干砌石結(jié)構(gòu),寬0.4m,深0.4m。
根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論,溢洪道位于壩體之上,寬頂堰部分為涵洞型式,無(wú)泄槽及消能設(shè)施,洪水直接沖刷壩體,對(duì)大壩安全造成嚴(yán)重威脅。且壩頂為鄉(xiāng)村公路,涵洞頂部與壩頂之間埋深不足,會(huì)對(duì)溢洪道安全構(gòu)成威脅,針對(duì)溢洪道目前存在的問(wèn)題,確定此次溢洪道改造工程的內(nèi)容為:拆除壩體部分原有溢洪道中間擋墻,并在其基礎(chǔ)上鋪設(shè)泄水管,以滿足壩頂?shù)叫购槎粗g的埋深要求,并在下游增設(shè)消能設(shè)施及護(hù)坦。改造后的溢洪道全長(zhǎng)109.2m,其中洞身長(zhǎng)83.2m,消力池11m,護(hù)坦段15m。泄洪洞進(jìn)口壩坡5m處采用漿砌石六棱護(hù)坡。泄洪洞采用兩根混凝土管,管徑為1m,混凝土管鋪設(shè)在原有溢洪道基礎(chǔ)之上,管底設(shè)置M7.5漿砌塊石管床,在轉(zhuǎn)彎段設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩。消力池邊墻與底板采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。護(hù)坦段過(guò)水?dāng)嗝娴装鍨殂U絲籠塊石,邊墻為漿砌石護(hù)坡。穿過(guò)壩頂段的邊墻頂設(shè)置寬度為4m、厚度0.5m的鋼筋混凝土蓋板,板上進(jìn)行回填并恢復(fù)原有壩上公路。
現(xiàn)狀臥管輸水洞漏水嚴(yán)重,此次除險(xiǎn)加固工程增設(shè)鋼筋混凝土臥管蓋板,對(duì)原有漿砌石臥管輸水洞進(jìn)行清淤、勾縫處理。
龍門(mén)水庫(kù)自興建以來(lái),缺少必要的觀測(cè)設(shè)備,給工程管理帶來(lái)不便,給工程安全運(yùn)行帶來(lái)很大困難。此次除險(xiǎn)加固工程對(duì)大壩增加了變形觀測(cè)設(shè)施,包括大壩垂直位移觀測(cè)和水平位移觀測(cè)。大壩變形觀測(cè)垂直軸線在樁號(hào)0+020,0+040和0+060處布置3排,平行壩軸線在壩頂上下游側(cè)布置3排測(cè)點(diǎn),共9個(gè)。在左右岸布置工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)共6個(gè)。
龍門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程改建后,通過(guò)大壩改造工程的實(shí)施,使下游壩坡因降水造成的坡體水土流失情況得到明顯改善,大壩抗滑穩(wěn)定性增強(qiáng)。通過(guò)溢洪道改建工程的實(shí)施,水庫(kù)泄洪能力增強(qiáng),水庫(kù)在遭遇20年一遇洪水時(shí),溢洪道最大泄流量達(dá)到2.76m3/s,200年一遇校核洪水情況下,溢洪道最大下泄量達(dá)到13.02m3/s,溢洪道泄流更加暢通,可大大削減對(duì)壩體的沖刷能力。通過(guò)對(duì)臥管輸水洞增設(shè)鋼筋混凝土臥管蓋板,再進(jìn)行清理、勾縫處理,可使輸水洞滲漏得到明顯減少。給大壩增設(shè)必要的監(jiān)測(cè)設(shè)施,可大大改善長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)資料記載的局面,更加及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地為大壩安全運(yùn)行提供必要的科學(xué)依據(jù)。
經(jīng)計(jì)算,龍門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固后,除保證大壩的正常安全運(yùn)行外,年防洪減災(zāi)效益達(dá)到30.2萬(wàn)元,灌溉效益達(dá)到10.48萬(wàn)元;本工程內(nèi)部收益率為18.36%,大于經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)收益率8%,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值270.23萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比大于1.0。可見(jiàn)實(shí)施本工程項(xiàng)目社會(huì)效益顯著,國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)合理。
龍門(mén)水庫(kù)樞紐工程改建實(shí)施后,抗洪能力將滿足20年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、200年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn),水庫(kù)調(diào)蓄洪水能力進(jìn)一步增強(qiáng),保障下游人口和耕地安全。庫(kù)區(qū)的周邊環(huán)境將得到大大改善,有效防治水土流失。改造后的水庫(kù)將在農(nóng)田灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖以及周邊旅游等方面發(fā)揮積極作用,推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。